リニア誘導モーター
リニアインダクションモーター （ LIM ）は、他のインダクションモーターと同じ一般原理で動作する交流（AC）非同期リニアモーターですが、通常、直線運動を直接生成するように設計されています。特徴的に、リニア誘導モータは有限の1次または2次長を持ち、これがエンドエフェクトを生成しますが、従来の誘導モータは無限ループに配置されます。
その名前にもかかわらず、すべてのリニア誘導モーターが直線運動を生成するわけではありません。いくつかのリニア誘導モーターは、連続したプライマリの使用が非常に高価になる大きな直径の回転を生成するために使用されます。
ロータリーモーターと同様に、リニアモーターは三相電源で動作することが多く、非常に高速をサポートできます。ただし、モーターの力を低減する最終効果があり、多くの場合、ギアボックスを取り付けて力と速度をトレードオフすることはできません。このため、リニア誘導モーターは、通常の回転モーターよりもエネルギー効率が低いことが多く、必要な力が出力されます。
LIMは、ロータリーのカウンターパートとは異なり、浮上効果を発揮できます。そのため、非接触力が必要な場合、メンテナンスの必要性が低い場合、またはデューティサイクルが低い場合によく使用されます。それらの実用的な用途には、磁気浮上、線形推進、および線形アクチュエータが含まれます。また、液体金属の圧送にも使用されています。
歴史
リニア電気モーターの歴史は、少なくとも1840年代までロンドンのキングスカレッジのチャールズホイートストンの仕事にまでさかのぼることができますが、ホイートストンのモデルは非効率的で実用的ではありませんでした。実現可能なリニア誘導モーターは、米国特許782312（1905; Frankfurt-am-Mainの発明者Alfred Zehden）に記載されており、列車またはリフトを駆動するためのものです。ドイツのエンジニア、ヘルマン・ケンパーが1935年に作業モデルを作成しました。1940年代後半、ロンドンのインペリアルカレッジのエリックリースウェイト教授が最初のフルサイズ作業モデルを開発しました。
片面バージョンでは、磁場が反発力を発生させ、導体を固定子から遠ざけ、浮上させ、移動する磁場の方向に沿って導体を運びます。 Laithwaiteは後のバージョンを磁気の川と呼びました。これらのバージョンのリニア誘導モーターは、2つの反対の極が並んで配置される横磁束と呼ばれる原理を使用します。これにより、非常に長い極を使用できるため、高速性と効率性が向上します。
建設
リニア電気モーターのプライマリは、通常、スロットにコイルが配置されたストレートカットの横方向スロットを備えた平らな磁気コア（一般に積層）で構成され、各相が極性を交互に変えて、異なる相が物理的に重なります。
二次はしばしばアルミニウムのシートであり、多くの場合鉄製のバッキングプレートが付いています。一部のLIMは、セカンダリの各側に1つのプライマリを持つ両面であり、この場合、鉄の裏当ては必要ありません。
リニアモーターには2つのタイプがあります。コイルが2次コイルよりも短く切り取られている短い1次コイルと、導電プレートが小さい短い2次コイルです。短い2次LIMは、多くの場合、同じ位相のコイル間の並列接続として巻かれますが、通常、短い1次LIMは直列に巻かれます。
横方向磁束LIMのプライマリは、反対の巻線方向で横方向に並んで横たわっている一連の双極を持っています。これらのポールは通常、適切にカットされたラミネートバッキングプレートまたは一連の横Uコアのいずれかで作成されます。
原則
この電気モーターの設計では、力は、磁場内の導体に作用する直線的に移動する磁場によって生成されます。ループ、コイル、または単なる板金であるこの導体に配置された導体には、渦電流が誘導され、レンツの法則に従って反対の磁場が生成されます。 2つの対向するフィールドは互いに反発し、磁場が金属を通過するときに動きを生み出します。
ns = 2fs / p {\ displaystyle n_ {s} = 2f_ {s} / p}ここで、 f sはHz単位の供給周波数、 pは極数、 n sは1秒あたりの回転数における磁場の同期速度です。
移動フィールドパターンの速度は次のとおりです。
vs = 2tfs {\ displaystyle v_ {s} = 2tf_ {s}}ここで、 v sはm / s単位の線形移動場の速度で、 tは極ピッチです。
sのスリップの場合、リニアモーターの2次側の速度は次のようになります。
vr =（1−s）vs {\ displaystyle v_ {r} =（1-s）v_ {s}}力
スラスト
リニア誘導モーターによって生成される駆動は、従来の誘導モーターと多少似ています。駆動力は、エンドエフェクトによって変調されますが、スリップに対してほぼ同様の特徴的な形状を示します。
モーターの推力を計算するための方程式が存在します。
終了効果
円形誘導電動機とは異なり、線形誘導電動機は「最終効果」を示します。これらの最終効果には、一次および二次の相対的な動きによって一次の終わりに磁気エネルギーが運び去られて失われることによって生じると考えられる性能と効率の損失が含まれます。
セカンダリが短い場合、動作は少なくとも2極長ですが、8極以上になるまで低スリップ（約0.3未満）で発生する推力のプライマリ減少が短い場合、回転機械とほぼ同じです。
ただし、エンドエフェクトのため、リニアモーターは「軽い」ことはできません。通常の誘導モーターは、低負荷条件下でほぼ同期磁場でモーターを実行できます。対照的に、エンドエフェクトは、リニアモーターではるかに大きな損失を発生させます。
浮上
さらに、回転モーターとは異なり、電気力学的浮上力が示されています。これは、ゼロスリップでゼロであり、スリップがどちらの方向でも増加するにつれてほぼ一定の力/ギャップを与えます。これは片面モーターで発生し、鉄のバッキングプレートがセカンダリで使用されている場合、通常は浮力は発生しません。これは、持ち上げ力を圧倒する引力を引き起こすためです。
性能
リニア誘導モーターは、多くの場合、従来の回転誘導モーターよりも効率が低くなります。エンドエフェクトと、しばしば存在する比較的大きなエアギャップにより、通常、同じ電力で生成される力が減少します。同様に、リニア誘導モーターを使用した発電機の動作時（電気ブレーキ/回生時）の効率は、エンドエフェクトのために比較的低いと報告されました。また、エアギャップが大きいと、モーターのインダクタンスが大きくなり、より大きく高価なコンデンサが必要になる場合があります。
ただし、リニアインダクションモーターは、ギアボックスや同様のドライブトレインの必要性を回避できますが、これらには独自の損失があります。良さ要因の重要性に関する実用的な知識は、より大きなエアギャップの影響を最小限に抑えることができます。いずれにせよ、電力使用は常に最も重要な考慮事項ではありません。たとえば、多くの場合、リニア誘導モーターは可動部品がはるかに少なく、メンテナンスが非常に少なくなっています。また、モーションコントロールシステムで回転対リニアトランスミッションを備えた回転モーターの代わりにリニアインダクションモーターを使用すると、回転対リニアトランスミッションがバックラッシュ、静摩擦、機械的コンプライアンスを導入するため、制御システムの帯域幅と精度が向上します。制御システム。
用途
これらの特性のため、リニアモーターは、名古屋近くの日本のリニモ磁気浮上列車ラインのように、磁気浮上推進でよく使用されます。
世界初の商用自動磁気浮上システムは、1984年から1995年の間にバーミンガム国際空港の空港ターミナルから近くのバーミンガム国際駅まで走った低速磁気浮上シャトルでした。線路の長さは600メートル（2,000フィート）で、列車は15ミリメートル（0.59インチ）の高度で「飛行」し、電磁石によって浮上し、リニア誘導モーターで推進されました。ほぼ11年間稼働していましたが、電子システムの陳腐化の問題により、後年に信頼性が低下しました。元の車の1台が、RTV31ホバートレイン車両とともに、ピーターバラのRailworldに展示されています。
しかし、リニアモーターは、東京の都営大江戸線など、磁気浮上とは独立して使用されてきました。 BombardierのInnovia Metroは、LIM推進を利用する自動システムの例です。このような技術を採用した最長の高速輸送システムは、バンクーバーのスカイトレインで、イノビアメトロの列車と互換性のある約60 km（37マイル）のトラックを備えています。また、フロリダ州オーランドのすぐ外にあるフロリダ州ベイレイクのウォルトディズニーワールドリゾートのマジックキングダムにあるトゥモローランドのトゥモローランド交通局のPeopleMoverでも使用されています。
リニア誘導モーター技術は、打ち上げられたローラーコースターでも使用されています。現時点では、路面電車ではまだ実用的ではありませんが、これは、理論的には、溝付きの導管に埋めることで実現できます。
公共交通機関以外では、深部鉱山の昇降機構として垂直リニアモーターが提案されており、モーションコントロールの用途でリニアモーターの使用が増加しています。また、シタディスやユーロトラムなどの低床トラムのスライドドアなどでよく使用されます。
二軸リニアモーターもあります。これらの特殊なデバイスは、布と板金の精密レーザー切断、自動製図、ケーブル形成のための直接的なX - Y運動を提供するために使用されています。また、円筒形の二次コイルを備えたリニア誘導モーターは、電子デバイスをプリント回路基板に取り付けるための同時の直線運動と回転運動を提供するために使用されてきました。
使用されているほとんどのリニアモーターは、LIM（リニア誘導モーター）またはLSM（リニア同期モーター）です。リニアDCモーターはコストが高く、リニアSRMの推力が低いため、使用されません。そのため、トラクションでの長期運転にはLIMが最も好まれ、短期運転ではLSMが最も好まれます。
リニア誘導モーターは航空機の打ち上げにも使用されており、1945年のWestinghouse Electropultシステムは初期の例であり、電磁航空機打ち上げシステム（EMALS）は2010年に納入される予定でした。
リニア誘導モーターは織機でも使用されています。磁気浮上により、ボビンは直接接触することなく繊維間を浮遊できます。
ティッセンクルップが発明した最初のロープレスエレベーターは、リニア誘導駆動力を使用しています。
